Линейка продуктов «APM». Опыт решения промышленных задач расчета прочности конструкций

• Линейка продуктов НТЦ «АПМ». Опыт успешного применения
• ПАО «НЕФАЗ»  («Нефтекамский автозавод»). Расчет каркаса автобуса в APM WinMachine
• Российский экспертный фонд «ТЕХЭКО». Расчет прочности ледового дворца спорта в APM Civil Engineering
• Заключение

Текущая геополитическая напряженность не оставила в стороне и российскую промышленность. По экспертным оценкам, более 70% рабочих инженерных мест были укомплектованы западными программными продуктами, существенная часть которых лицензировалась по программе годовых подписок. Важной проблемой является отсутствие технической поддержки и обновлений для купленных ранее лицензий со стороны иностранных разработчиков, что может привести к критическим ошибкам и потере необходимых технологических наработок. Данные обстоятельства вынуждают российских пользователей уже сейчас или в перспективе ближайших лет переходить на решения отечественных производителей в области систем автоматизированного проектирования (САПР). Продукты САПР — это краеугольный камень российского технологического суверенитета, от которых зависит качество и скорость разработки изделий различной направленности, а также стоимость и безопасность их использования.

В данной статье мы хотим продолжить знакомство с программным обеспечением российской разработки и подробнее рассказать про решения, которые уже много лет успешно используются во благо отечественной промышленности. Одними из таких, безусловно, является линейка продуктов от российского разработчика НТЦ «АПМ», ориентированная на задачи инженерного анализа конструкций (CAE).

Линейка продуктов НТЦ «АПМ». Опыт успешного применения

Научно-технический центр «АПМ» (НТЦ «АПМ») (рис. 1) с 1992-го года занимается созданием программного обеспечения для инженерного анализа конструкций. Команда разработчиков состоит из высококвалифицированных специалистов, занятых созданием программных решений для самых разнообразных технических задач. Программные продукты НТЦ «АПМ» позволяют решать линейные и нелинейные задачи прочности, устойчивости, динамики, основанные на методе конечных элементов и новейших методах численного моделирования.

Рис.1 Логотип НТЦ «АПМ»

Уже более 2000 предприятий России, стран ближнего и дальнего зарубежья успешно эксплуатируют продукты APM в самых различных отраслях промышленности. Около 500 технических ВУЗов ведут подготовку студентов с использованием данного программного обеспечения.

Далее в тексте статьи мы хотим поделиться успешным опытом решения инженерных задач с применением продуктов от НТЦ «АПМ» и расскажем про некоторые из реализованных проектов.

ПАО «НЕФАЗ»  («Нефтекамский автозавод»). Расчет каркаса автобуса в APM WinMachine

Исходными данными для расчета конструкции являлась подробная трехмерная модель каркаса автобуса. Полученная модель позволяла разбить ее только на объемные конечные элементы (КЭ), количество которых для такой сложной и подробной геометрии было бы неоправданно велико. Поэтому необходимо было найти «обходной путь», где и пригодились функциональные возможности препроцессора APM WinMachine. Наиболее рациональным способом расчета на прочность подобной конструкции является использование стержневых и пластинчатых (оболочечных) КЭ (рис.2).

​

Рис.2 Расчетная модель каркаса автобуса

Расчетная модель выполнялась в соответствии с чертежами составляющих рамы: каркас пола, каркас боковин полунизкопольника КамАЗ, установка подиума, каркас передка низкопольника, каркас задка низкопольника, каркас крыши низкопольника. Основное время при проведении данного расчета было потрачено именно на подготовку расчетной модели. Первоначально создавалась стержневая КЭ модель конструкции, к узлам которой присоединялись пластинчатые элементы, участвующие в создании матрицы жесткости конструкции. Граничные условия для расчета (нагрузки и места установки опор) реализованы согласно предъявляемым к конструкции требованиям.

В результате выполнения статического расчета были получены карты эквивалентных напряжений (по Мизесу) и карта распределения суммарных перемещений (рис. 3).

Рис.3 Карта распределения напряжений и перемещений в стержневой модели

Из анализа следует, что в конструкции имеется несколько слабых мест – места крепления рессор и амортизаторов передних колес шасси автобуса к его раме. В местах крепления расположены пластины, и характер напряжений в рассматриваемых зонах – изгиб. Наибольшая величина напряжений наблюдается в элементах крепления передних колес. Напряжения в данной зоне превышают допустимые значения и носят локальный (точечный) характер. Напряжения в остальных стержневых и пластинчатых элементах конструкции автобуса находятся в допустимой зоне.

Российский экспертный фонд «ТЕХЭКО». Расчет прочности ледового дворца спорта в APM Civil Engineering

Целью выполнения данного расчета являлась комплексная оценка технического уровня и прочности конструкции, проведение комплекса статических и динамических расчётов конструктивной схемы всего здания на основные и особые (сейсмические) воздействия.

Расчет проводился в соответствии с действующими нормативными документами:

СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия;

СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах;

СП 16.13330.2017 Стальные конструкции;

СП 15.13330.2020 Каменные и армокаменные конструкции;

СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения;

СП 52-101-2004 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры;

СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.

В качестве исходных данных для проектирования была использована рабочая документация по проекту стадии П – чертежи КМ, КЖ, технический отчет об инженерно-геологических изысканиях, технический отчет по результатам статических испытаний свай, специальные технические условия для проектирования данного спортивного сооружения.

Для определения напряженно-деформированного состояния каркаса здания и свайного ростверка была разработана пространственная КЭ модель в модуле APM Structure3D, включающая в себя металлические конструкции каркаса здания и трибун, большепролетное покрытие, наружные и внутренние лестницы, а также свайное основание (рис. 4). Все элементы (части) конструкции выполнены в единой модели, что наиболее полно и точно отражает ее работу.

Рис.4 Расчетная модель ледового дворца спорта

В рамках проекта был выполнен статический расчет конструкции на основные сочетания нагрузок для ряда расчетных случаев (комбинаций нагружений). Получены карты напряженного и деформированного состояния конструкции при соответствующих вариантах нагружений (рис. 5 и 6).

Рис.5 Карта распределения напряжений в модели ледового дворца спорта

Рис.6 Карта распределения перемещений в элементе модели ледового дворца спорта

Анализ карт напряжений и перемещений показал, что конструкция отвечает требованиям прочности, жесткости, устойчивости, соответствует действующим нормативным документам. Результаты расчета конструктивных элементов показали, что максимальные коэффициенты использования для ферменных элементов составляют 0,6…0,9. Данные показатели являются оптимальными. Уменьшение снеговой нагрузки по сравнению с исходным заданием на проектирование составляет 60 кг/м2. Фактическое снижение металлоемкости по результатам расчета для разных элементов может составлять 6…12%.

Заключение

В данной статье представлены только некоторые примеры успешно реализованных инженерных проектов, в которых для расчёта прочности конструкции в качестве основного инструмента использовались продукты «APM». Данные решения дают возможность пользователям гибко подойти к решению задач различной направленности: научно-исследовательская деятельность, разработка и экспертиза машиностроительных конструкций и строительных объектов, выполнение различного рода расчетных работ. Линейка продуктов регулярно обновляется и развивается, что позволяет успешно решать инженерные задачи различной степени сложности.

Более подробная информация о линейке продуктов APM представлена на нашем сайте store.softline.ru/apm, а если у вас остались вопросы по лицензированию и функциональным особенностям решений, вы всегда можете задать их нам по адресу apm_cae@softline.com